CN117321007A - 纯水制造装置以及纯水制造方法 - Google Patents

Abstract

提供一种纯水制造装置，在不添加过氧化氢等氧化剂的前提下降低被处理水的TOC浓度。纯水制造装置(1)具有：紫外线照射装置(16)，向被处理水照射紫外线；TOC获取部(19)和溶解氧浓度获取部(20)，设置于紫外线照射装置(16)的前级；以及控制单元(21)，控制溶解氧浓度，以使由溶解氧浓度获取部(20)测量出的被处理水的溶解氧浓度相对于由TOC获取部(19)测量出的被处理水的TOC浓度的重量比率为1以上且7以下。

Description

纯水制造装置以及纯水制造方法

技术领域

本申请以2021年5月12日提交的日本申请特愿2021-80873为基础，且基于该日本申请主张优先权。该日本申请的全部内容通过参照而取入本申请。

本发明涉及纯水制造装置和纯水制造方法，尤其涉及使用紫外线照射装置的纯水制造装置。

背景技术

对被处理水中的有机物进行分解来降低TOC(总有机碳)浓度的技术是已知的。在日本特开2011-218248公报中公开了一种纯水制造装置，具有过氧化氢的添加装置以及设置于其后级的紫外线照射装置。通过向添加了过氧化氢的被处理水照射紫外线来产生氧化力强的OH自由基。由此，能高效地分解被处理水中的有机物。

发明内容

发明要解决的课题

在日本特开2011-218248公报记载的纯水制造装置中，在被照射了紫外线的被处理水即紫外线照射装置的处理水中残留有过氧化氢。残留的过氧化氢有可能使后级的装置劣化。故而，需要后级的装置的频繁维护、过氧化氢的去除单元。

本发明的目的在于，提供一种纯水制造装置，能在不添加过氧化氢等氧化剂的前提下降低被处理水的TOC浓度。

用于解决课题的技术方案

本发明的纯水制造装置具有：紫外线照射装置，其向被处理水照射紫外线；TOC获取部和溶解氧浓度获取部，其设置于紫外线照射装置的前级；以及控制单元，其控制溶解氧浓度，以使由溶解氧浓度获取部测量出的被处理水的溶解氧浓度相对于由TOC获取部测量出的被处理水的TOC浓度的重量比率为1以上且7以下。

根据本发明，能够提供一种纯水制造装置，能在不添加过氧化氢等氧化剂的前提下降低被处理水的TOC浓度。

上述以及其他的本发明的目的、特征以及优点将通过参照例示了本发明的附图的以下说明的具体实施方式而明确。

附图说明

图1A是本发明的实施方式所涉及的纯水制造装置的概略构成图。

图1B是本发明的变形例所涉及的纯水制造装置的概略构成图。

图2A是表示DO/TOC比与TOC去除率的关系的图表。

图2B是表示DO/TOC比与溶解氧浓度降低率的关系的图表。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的纯水制造装置和纯水制造方法的实施方式。图1A示出了本发明的一实施方式所涉及的纯水制造装置1的概略构成。纯水制造装置1(一次系统)与下游侧的子系统(二次系统)一起构成超纯水制造装置。向纯水制造装置1供给的原水(以下称为被处理水)含有有机物。在以下的说明中，“前级”和“后级”分别指被处理水所流通的方向的“上游侧”和“下游侧”。

纯水制造装置1具有过滤器11、活性炭塔12、第一离子交换装置13、反渗透膜装置14、脱氧装置15、紫外线照射装置(紫外线氧化装置)16、第二离子交换装置17以及脱气装置18，它们从被处理水的流通方向D的上游朝下游沿母管L1以该顺序串联配置。被处理水由原水泵(未图示)升压后，由过滤器11去除粒径较大的尘埃等，并由活性炭塔12去除高分子有机物等杂质。过滤器11的构成不受限定，但在本实施方式中使用了砂过滤器。第一离子交换装置13具有填充有阳离子交换树脂的阳离子塔(未图示)、脱碳酸塔(未图示)以及填充有阴离子交换树脂的阴离子塔(未图示)，它们从上游朝下游以该顺序串联配置。被处理水分别在阳离子塔被去除阳离子成分，在脱碳酸塔被去除碳酸，在阴离子塔被去除阴离子成分。由于在前级存在第一离子交换装置13，因此反渗透膜装置14主要去除有机物等非带电物质。利用反渗透膜装置14去除有机物，从而降低后级的紫外线照射装置16的负荷。若被处理水的TOC高，则紫外线照射装置16中的TOC浓度去除率下降。

脱氧单元15从被处理水中去除氧，使被处理水的溶解氧浓度下降。脱氧单元15位于紫外线照射装置16的前级，因此向紫外线照射装置16供给溶解氧浓度下降后的被处理水。脱氧单元15的种类不受限定，例如能使用真空脱气装置。一般而言，在真空脱气装置中，在脱气塔中填充用于使水的表面积增大的气液接触材料，利用真空泵对脱气塔内的气体压力进行减压，使作为被处理水的纯水处于真空状态，来去除溶解氧。溶解氧浓度能通过使用真空泵对脱气塔内的真空度进行调整来进行控制。进而，通过使氮流入，能提高脱气性能。在此情况下，溶解氧浓度能通过调整真空度和氮流入量(氮分压)来进行控制。可以采用使用了脱气膜的脱氧单元15。在此情况下也与真空脱气装置同样地使用真空泵，溶解氧浓度能通过调整真空度来进行控制。可以将这些脱氧单元15串联2级以上地进行设置。作为其他的脱氧单元15，还能使用向被处理水添加氢(H₂)且使被处理水与钯(Pd)催化剂接触的构成。基于钯催化剂，氧与氢反应生成水，从而能去除氧。或者，可以将担载有钯等金属催化剂的离子交换体填充于电去离子水制造装置(EDI)。作为与金属催化剂接触的氢，例如能利用在电去离子水制造装置的阴极产生的氢。通过使用这些脱氧单元15，来向紫外线照射装置16供给含有有机物和溶解氧且溶解氧浓度得以调整后的被处理水。另一方面，由于在被处理水中不添加过氧化氢等氧化剂，因此向紫外线照射装置16供给的被处理水未含有氧化剂。即，在纯水制造装置1中未设置添加氧化剂的单元。其结果是，也不再需要对添加的氧化剂进行消耗或者去除的设备，因此能实现纯水制造装置1的合理化。其中，来源于原水的微量的氧化剂成分也可以包含在被处理水中。

紫外线照射装置16向被处理水照射紫外线。作为紫外线照射装置16，例如能使用包含365nm、254nm、185nm、172nm当中的至少一个波长的紫外线灯。

位于紫外线照射装置16的后级的第二离子交换装置17是填充有阴离子交换树脂和阳离子交换树脂的再生式离子交换树脂塔。通过紫外线照射而在被处理水中产生的有机物的分解生成物由第二离子交换装置17去除。其后，被处理水中的溶解氧、碳酸等由脱气装置18去除。进而，虽省略图示，但还能省略第一离子交换装置13，而在反渗透膜装置14与脱氧装置15之间设置EDI。或者，还能取代第二离子交换装置17而设置EDI。EDI是连续再生式，因此不需要离子交换体的再生工序。

在本实施方式中，在紫外线照射装置16的前级设置有TOC获取部19和溶解氧浓度获取部20。TOC获取部19和溶解氧浓度获取部20设置于母管L1的脱氧装置15与紫外线照射装置16之间的区间。TOC获取部19和溶解氧浓度获取部20均可位于上游侧。TOC获取部19和溶解氧浓度获取部20与控制单元21电连接，控制单元21与脱氧装置15电连接。虽然在本实施方式中TOC获取部19是TOC测量计，但只要能获取TOC，就不受限定。同样，虽然在本实施方式中溶解氧浓度获取部20是溶解氧浓度测量计，但只要能获取溶解氧浓度，就不受限定。

控制单元21控制溶解氧浓度，以使由溶解氧浓度获取部20测量出的被处理水的溶解氧浓度相对于由TOC获取部19测量出的被处理水的TOC浓度的重量比率(以下称为DO/TOC比)为1以上且7以下。控制单元21优选内嵌于纯水制造装置1的控制装置或者脱氧装置15的控制装置。虽然还取决于TOC浓度，但被处理水的DO/TOC比通常远高于上述数值范围。也就是，被处理水含有远比满足DO/TOC比＝1～7的溶解氧更多量的溶解氧。故而，虽然在本实施方式中在紫外线照射装置16的前级设置有脱氧装置15，但被处理水的溶解氧浓度反而极低，DO/TOC比还可能小于1。在此情况下，优选向被处理水供给氧。因此，根据被处理水的DO/TOC比，还能设置供氧单元22。如图1B所示，供氧单元22取代脱氧装置15而设置于脱氧装置15的位置。虽省略图示，但还能将脱氧装置15与供氧单元22并联设置，根据DO/TOC比来对它们进行切换。作为供氧单元22，例如可列举经由气体溶解膜将氧气向被处理水添加的供氧单元。脱氧装置15和供氧单元22是溶解氧浓度的调整单元的例子，控制单元21对溶解氧浓度的调整单元进行控制。控制单元21优选通过由TOC获取部19测量出的被处理水的TOC浓度、由溶解氧浓度获取部20测量出的被处理水的溶解氧浓度的任一者或者两者的变动，来自动控制上述真空度、氮的分压。另外，还能通过脱氧装置15的台数的增减来控制溶解氧浓度。

若向含有溶解氧的水照射紫外线，则发生以下的反应。

[化1]

即，解离出的氢自由基(·H)与溶解氧反应而成为水，剩余的OH自由基(·OH)分解有机物。为了通过该反应来高效地分解有机物，需要一定量的溶解氧。如后所述，通过将DO/TOC比设为1以上，能够确保需要量的溶解氧。另一方面，如上所述，通常，在原水中过剩地含有溶解氧，因此在紫外线照射装置16的前级设置有脱氧装置15。然而，为了降低DO/TOC比，有时伴随脱氧装置15的大型化、功耗的增加等。如实施例中所述，当DO/TOC比为1前后时，TOC降低效果改变不大。另外，若DO/TOC比超过7，则除有机物的分解效率下降而TOC浓度去除率恶化之外，用于去除剩余的溶解氧的脱气装置18的负荷也增加。TOC浓度去除率恶化是由于，O₂吸收紫外线，因此若溶解氧浓度过高，则OH自由基的产生量减少，有机物的分解效率下降。

若溶解氧被高效地消耗，则剩余的溶解氧减少。另外，脱气装置18的负荷也降低。因此，紫外线照射装置16中的溶解氧消耗率作为纯水制造装置1的性能指标很重要。通过将DO/TOC比设为1以上且7以下，能够提高溶解氧消耗率。基于以上，优选将DO/TOC比设定为2以上且7以下的范围，更优选将溶解氧消耗率设为90％以上。

(实施例)

在超纯水中添加氧和有机物制作被处理水，且向被处理水照射紫外线，由此评价了有机物的去除性能(TOC浓度降低性能)。添加了10μg/L(ppb)的异丙基酒精(IPA)作为有机物(实施例1)。溶解氧是经由溶解膜将氧气供给至超纯水而生成的。将如此制作的被处理水以流量5.3m³/h供给至紫外线照射装置。使用JPW(株式会社日本PHOTOSCIENCE制)作为紫外线照射装置，以照射量0.1kWh/m³向被处理水照射了紫外线。在紫外线照射装置的后级设置将阳离子交换树脂(奥加诺株式会社制AMBERJET1024 H型)与阴离子交换树脂(奥加诺株式会社制AMBERJET4002OH型)混床填充的柱，去除了紫外线照射装置的处理水中含有的离子成分。使用Sievers TOC计500RLe(SUEZ社制)对紫外线照射装置入口的TOC浓度T1和柱出口的TOC浓度T2进行测量，且将TOC浓度去除率按(T1－T2)/T1×100(％)进行了计算。另外，使用HACH社制ORBISPHERE 510对向紫外线照射装置16供给的供给水的溶解氧浓度D1和紫外线照射装置16的处理水的溶解氧浓度D2进行测量，且将溶解氧消耗率按(D1－D2)/D1×100(％)进行了计算。

改变溶解氧浓度，求取了DO/TOC比与TOC浓度去除率的关系以及DO/TOC比与溶解氧消耗率的关系。另外，将IPA的添加量设为30μg/L、50μg/L、100μg/L，实施了同样的测量(实施例2、比较例1、2)。结果如表1以及图2A、2B所示。从图2A可知，被处理水的TOC浓度(IPA浓度)越小，TOC浓度去除率越得以提高。在实施例1中，DO/TOC比＝1～5时的TOC浓度去除率比DO/TOC比＝0.2时高。尤其是在DO/TOC比＝2～4时，TOC浓度去除率呈现出良好的值。TOC浓度去除率在DO/TOC比＝7时有所下降，但由于脱氧装置15的负荷降低，因此根据要求水质、运用条件，也处于实用级别。如图2B所示，溶解氧消耗率在DO/TOC比＝1～5时呈90％以上，在DO/TOC比＝7时也呈现出比DO/TOC比＝0.2时更良好的值。另一方面，为了降低溶解氧浓度以使DO/TOC比＜1，脱氧装置15的台数增加、容量增加等对设备成本的影响也大。若考虑设备成本，则DO/TOC比＜1不优选，设为DO/TOC比≥1是有利的。因此，在10μg/L以下时，DO/TOC比优选为1以上且7以下，更优选为2以上且7以下，进一步优选为2以上且5以下，更进一步优选为2以上且4以下，控制单元21优选控制溶解氧浓度以得到这样的DO/TOC比。

在实施例2中，TOC浓度去除率比实施例1下降，但呈现出与实施例1同样的趋势。然而，TOC浓度去除率相对于DO/TOC比的变动比实施例1大，优选的DO/TOC比的范围比实施例1窄。溶解氧消耗率也在DO/TOC比＝1～4时呈现出比DO/TOC比＝0.1时更良好的值，但在DO/TOC比＝5时呈现下降。其中，DO/TOC比＝5时的溶解氧消耗率与DO/TOC比＝0.1时的溶解氧消耗率没有大的差异。如上所述，设为DO/TOC比＜1是不优选的，设为DO/TOC比≥1有利。因此，控制单元21在被处理水的TOC浓度为30μg/L以下时，优选控制溶解氧浓度以使DO/TOC比为1以上且5以下，优选为2以上且5以下，更优选为2以上且4以下。与之相对，在比较例1、2中，TOC浓度去除率低，呈现出适当的溶解氧消耗率以及溶解氧消耗率的DO/TOC比的范围也窄。

[表1]

上述以及其他的本发明的目的、特征以及优点将通过参照例示了本发明的附图的以下说明的具体实施方式而明确。

(标号说明)

1 纯水制造装置

15 脱氧单元

16 紫外线照射装置

19 TOC获取部

20 溶解氧浓度获取部

21 控制单元

22 供氧单元。

Claims (10)

1.一种纯水制造装置，具有：

紫外线照射装置，向被处理水照射紫外线；

TOC获取部和溶解氧浓度获取部，设置于所述紫外线照射装置的前级；以及

控制单元，控制向所述紫外线照射装置供给的被处理水的溶解氧浓度，以使由所述溶解氧浓度获取部获取到的所述被处理水的溶解氧浓度相对于由所述TOC获取部获取到的所述被处理水的TOC浓度的重量比率为1以上且7以下。

2.根据权利要求1所述的纯水制造装置，其中，

所述控制单元控制向所述紫外线照射装置供给的被处理水的所述溶解氧浓度以使所述重量比率为2以上且7以下。

3.根据权利要求1或2所述的纯水制造装置，其中，

向所述紫外线照射装置供给的被处理水的TOC浓度为10μg/L以下。

4.根据权利要求3所述的纯水制造装置，其中，

所述控制单元控制向所述紫外线照射装置供给的被处理水的所述溶解氧浓度以使所述重量比率为2以上且5以下。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的纯水制造装置，其中，

所述控制单元控制向所述紫外线照射装置供给的被处理水的溶解氧浓度，以使所述紫外线照射装置的溶解氧消耗率为90％以上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的纯水制造装置，其中，

所述纯水制造装置具有脱氧单元，所述脱氧单元位于所述溶解氧浓度获取部以及所述紫外线照射装置的上游。

7.根据权利要求6所述的纯水制造装置，其中，

所述脱氧单元是脱气装置，所述溶解氧浓度是通过调整所述脱气装置内的真空度来进行控制的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的纯水制造装置，其中，

所述纯水制造装置具有供氧单元，所述供氧单元位于所述溶解氧浓度获取部以及所述紫外线照射装置的上游。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的纯水制造装置，其中，

在向所述紫外线照射装置供给的被处理水中不添加氧化剂。

10.一种纯水制造方法，包括如下步骤：

在紫外线照射装置的前级分别利用TOC获取部和溶解氧浓度获取部测量被处理水的TOC浓度和溶解氧浓度；

利用所述紫外线照射装置向被测量了所述TOC浓度和所述溶解氧浓度后的所述被处理水照射紫外线；以及

控制溶解氧浓度，以使由所述溶解氧浓度获取部获取到的所述被处理水的溶解氧浓度相对于由所述TOC获取部获取到的所述被处理水的TOC浓度的重量比率为1以上且7以下。